構造強化に関しては、炭素繊維強化ポリマー（CFRP）ラミネートが、その高強度 - 重量比、耐食性、設置の容易さにより、一般的な選択肢として浮上しています。 CFRPラミネートの中で、プレストレスされたCFRPラミネートと非プレストレストCFRPラミネートは、それぞれ独自の特性を持つ2つの主要なタイプです。プレストレストCFRPラミネートのサプライヤーとして、私はこれら2つのタイプの違いと、それらがさまざまなアプリケーションでどのように機能するかについて議論するのに役立ちます。
1。基本概念
非プレストレストCFRPラミネートは、構造強化に使用されるCFRP材料の伝統的な形式です。それらは、適切な接着剤を使用して、コンクリートビームやカラムなどの構造の表面に単に取り付けられています。結合すると、既存の構造と組み合わせて作業して、追加の負荷に抵抗します。一般的なCFRP材料の詳細については、アクセスできます炭素繊維シートと樹脂。
一方、構造に結合される前に、プレストレスされたCFRPラミネートは張力がかかります。この張力プロセスは、構造に初期の圧縮応力とCFRPラミネートに引張応力を導入します。そうすることで、CFRPラミネートは、構造のサービス寿命の最初からより効果的に負荷に抵抗し始めることができます。プレストレストCFRP製品の詳細を見つけることができますプレストレストカーボンファイバーシート。
2。負荷のパフォーマンス - ベアリング
2.1初期負荷抵抗
非プレストレストCFRPラミネートは、既存の構造がある程度の変形を経験し始めるまで、負荷に寄与しません。構造は最初に特定の応力レベルに達する必要があります。そこでは、構造内のひずみがCFRPラミネートが負荷をかけ始めます。
対照的に、プレストレストされたCFRPラミネートは、構造に結合されている場合、すでに緊張しています。これは、既存の構造と負荷をすぐに共有し始めることができることを意味します。たとえば、プレストレストCFRP強化ビームでは、事前に張力されたラミネートは、自己重量または初期のサービス負荷によって引き起こされるビームの初期引張応力を打ち消すことができます。この早期の負荷 - 共有能力は、特にそのサービス生活の初期段階で、全体的な負荷 - 構造のベアリング能力を大幅に改善できます。
2.2究極の負荷容量
最終的な負荷 - ベアリング能力に関しては、プレストレストCFRPラミネートにもエッジがあります。彼らは張力が整っているので、彼らは荷重プロセスの早い段階で彼らの高い強度のパフォーマンスに到達することができます。事前張力により、既存の構造の応力が減少し、故障前により多くの負荷に耐えることができます。
非プレストレストCFRPラミネートは、効果的に動作し始めるために構造の変形に依存しています。場合によっては、非プレストレストCFRPラミネートがその高強度特性を完全に利用できるようになる前に、構造が故障する可能性があります。たとえば、非プレストレストCFRPで強化された鉄筋コンクリートビームでは、CFRPラミネートが最大引張強度に達する前に、コンクリートが亀裂または鋼鉄の補強が生じる可能性があります。
3。亀裂制御
3.1亀裂開始
非プレストレストCFRPラミネートの亀裂開始を防ぐ能力は限られています。彼らは主に、亀裂がすでに構造に形成された後に作用します。亀裂が現れると、プレストレストされていないCFRPラミネートは、亀裂を橋渡ししてそれらを横切る荷重を伝達することにより、亀裂幅を制御するのに役立ちます。
ただし、プレストレストCFRPラミネートは、亀裂開始を大幅に遅らせる可能性があります。 CFRPラミネートのプレテンション力は、構造の圧縮応力を誘発し、それ以外の場合は亀裂を引き起こす引張応力に対抗します。この圧縮応力場は、構造をより好ましい応力状態に保ち、亀裂形成の可能性を減らすことができます。たとえば、プレストレストされたCFRP強化コンクリートスラブでは、張力されたラミネートは、コンクリートの硬化プロセス中にしばしば発生する収縮亀裂の形成を防ぐことができます。
3.2亀裂伝播
亀裂開始後、両方のタイプのCFRPラミネートは亀裂伝播を制御できます。しかし、この点に関しては、プレストレストCFRPラミネートがより効果的です。張力されたCFRPラミネートは、亀裂に閉鎖力を適用し、亀裂の幅を減らし、亀裂がさらに成長するのを防ぐことができます。これは、構造の耐久性と保守性を維持するために重要です。非プレストレストCFRPラミネートは、亀裂伝播も制御することもできますが、亀裂を積極的に閉じるための最初の張力力がないため、効率が低下します。
4。疲労性能
4.1疲労寿命
橋や工業用建物などの周期的な荷重を受ける構造では、疲労性能が重要な要因です。非プレストレストCFRPラミネートは、周期荷重を既存の構造と共有することにより、構造の疲労寿命をある程度改善できます。ただし、プレストレストCFRPラミネートほど効果的ではない場合があります。
プレストレストCFRPラミネートは、周期的な負荷の下で既存の構造の応力範囲を減らすことができます。 CFRPラミネートのプレテンション力は、構造内の周期的な引張応力の一部に対抗し、疲労亀裂の開始と伝播の可能性を減らします。その結果、構造の疲労寿命を大幅に拡張できます。たとえば、プレストレストされたCFRP強化鋼製の橋桁では、事前に張力されたラミネートは、鋼の疲労寿命に直接関連する鋼の応力振幅を減らすことができます。
4.2疲労損傷
非プレストレスCFRPラミネートは、プレストレストCFRPラミネートと比較して、時間とともにより多くの疲労損傷を経験する可能性があります。構造のある程度の変形後に荷重下で働き始めるので、周期的な負荷中により高い応力変動を受ける可能性があります。これにより、剥離や繊維の破損など、CFRPラミネート自体の蓄積が増える可能性があります。
一方、プレストレストCFRPラミネートは、循環荷重中により安定した応力状態を持ちます。張力前の力は、CFRPラミネートの比較的一定の応力レベルを維持するのに役立ち、疲労のリスク - 関連する損傷を減らします。
5。コスト - 有効性
5.1材料と設置コスト
非プレストレストCFRPラミネートは、一般に、材料と設置コストの点で安価です。非プレストレスCFRPラミネートの設置プロセスは比較的単純で、主に表面の調製と接着剤との結合を含みます。プレストレストCFRPラミネートに必要な複雑な張力装置と手順は必要ありません。
ただし、プレストレストCFRPラミネートは、より高価ですが、長期コスト削減を提供できます。構造の負荷を改善する能力 - ベアリング能力、亀裂制御、疲労性能は、将来の修理と改造の必要性を減らすことができます。長期的には、これにより、構造の全体的な寿命 - サイクルコストが低下する可能性があります。
5.2投資収益率
構造に長期的なサービス寿命があり、重い負荷または周期的な負荷がかかるプロジェクトの場合、プレストレストされたCFRPラミネートの投資収益率はしばしば高くなります。プレストレストCFRPラミネートのパフォーマンスの向上は、構造の機能と耐久性を高め、時間の経過とともにその価値を高めることができます。
6。アプリケーション
6.1一般的な構造強化
非プレストレストCFRPラミネートは、負荷の要件が極端に高くなく、予算が限られている一般的な構造強化プロジェクトで一般的に使用されます。それらは、一部の住宅橋やスパンブリッジなど、比較的軽い荷重を備えた小さなスケール構造または構造に適しています。一般的な構造強化アプリケーションの詳細については、構造強化のための炭素繊維シート。
プレストレストCFRPラミネートは、長いスパンブリッジ、高層ビル、産業施設などの大規模および高性能構造よりも好まれます。これらの構造は、多くの場合、重い負荷や周期的な負荷に耐える必要があり、プレストレストCFRPラミネートのパフォーマンスの向上は、これらの厳しい要件を満たすことができます。
6.2地震強化
地震 - 発生しやすい領域では、プレストレストCFRPラミネートには大きな利点があります。張力前の力は、地震中の構造の延性とエネルギー - 散逸能力を改善することができます。また、亀裂伝播を制限し、構造の変形を制御することにより、構造への損傷を減らすことができます。非プレストレストCFRPラミネートは、地震強化にも使用できますが、必要な強度と延性を提供する際にプレストレスCFRPラミネートほど効果的ではない場合があります。
結論として、プレストレスされたCFRPラミネートは、負荷 - 荷物容量、亀裂制御、疲労性能、および長期コスト - 有効性の点で、プレストレストされていないCFRPラミネートよりもいくつかの利点を提供します。それらはより高価で、より複雑なインストール手順が必要ですが、それらの強化されたパフォーマンスは、多くの重要な構造アプリケーションでより良い選択になります。次のプロジェクトにCFRPラミネートを使用することを検討していて、プレストレストCFRPラミネートの利点について詳しく知りたい場合は、詳細な議論のために私に連絡することをお勧めします。プレストレストCFRPラミネートが特定のプロジェクト要件を満たし、最高のクラス構造強化ソリューションを提供する方法を探ることができます。
参照
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- Chen、JF、＆Teng、JG（2001）。 FRPの動作と強度 - 強化されたRCビーム：FRP剥離。 Journal of Composites for Construction、5（2）、74-82。
- Triantafillou、TC（1998）。 FRP-閉じ込められたコンクリート。 Journal of Composites for Construction、2（1）、35-46。